文章导读
手性诱导自旋选择性在自旋电子学、量子信息等领域潜力巨大，但如何调控材料结构实现高自旋极化，始终是难以跨越的障碍。武汉大学陈世贵与郭存兰团队另辟蹊径，首次合成基于手性冠醚单元与三中心四电子[N···I+···N]卤键的二维供体-受体型卤键有机框架，并通过调整乙氧基长短调控分子柔性，进而影响结晶度。相比单体，框架因结构有序和碘的重原子效应表现出显著增强的电导率与自旋极化率，其中(R)-XOF-TPH在增强铁磁基底磁化程度时自旋极化率最高可达94%。卤键有机框架能否就此打开电磁功能应用的新通道？
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（通讯员高妍）近日，武汉大学高等研究院陈世贵团队与化学与分子科学学院郭存兰团队合作在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表最新研究成果。论文题为“Supramolecular Chiral Halogen-Bonded Organic Frameworks Enhance Efficient Chirality-Induced Spin Selectivity”。该研究首次合成了手性卤键有机框架并实现了手性诱导自旋选择性的高效增强。武汉大学高等研究院博士生张聪聪、化学与分子科学学院博士生徐忠臣和高等研究院2025届硕士毕业生林思祎为论文共同第一作者，陈世贵和郭存兰为共同通讯作者。
手性诱导自旋选择性 (CISS) 描述了电子在通过手性分子或手性界面时，表现出对一种自旋方向 (如自旋向上或自旋向下) 的偏好优于另一种自旋方向的现象。这一效应在自旋电子学、量子信息科学、电化学、催化和生物医学等领域具有巨大潜力。然而，调控材料结构以实现高自旋极化仍是重大挑战。卤键是一种涉及卤素原子σ孔或p孔与亲核原子的孤对或π电子之间的非共价相互作用，已成为超分子组装中的强大工具。特别是三中心四电子卤键[N····X+···N]，表现出极佳的方向性和稳定性。这类结构被用于构建二维卤键有机框架(XOFs)，在催化、吸附及光电领域展现出优异性能。考虑到卤素的重原子效应及框架的有序，开发基于[N···I+···N] 键的XOFs可能是得到高性能CISS材料的一种有前景的策略。
该团队首次报道了一类基于手性冠醚单元与三中心四电子[N···I+···N]卤键构建的二维供体-受体型卤键有机框架(R/S)-XOF-TPH和(R/S)-XOF-TPO。通过调整乙氧基的长短，有效调控了分子柔性，进而影响了两种材料的结晶度。单体和XOFs都表现出明显的Cotton效应，均具有稳定的手性结构。同时，相较于单体，由于结构排列有序和碘的重原子效应，XOFs表现出显著增强的电导率和自旋极化率。XOF-TPH相对于XOF-TPO的优越结晶性进一步放大了CISS效应。此外，增强铁磁基底被磁化的程度时， (R)-XOF-TPH的自旋极化率最高可达94%。本研究证明了卤键有机框架在手性诱导自旋选择性方面的优势，为拓展XOF的电磁功能及应用提供了新的可能性。
该研究得到了国家自然科学基金、武汉大学科研公共服务条件平台和武汉大学大型仪器设备开放补贴的支持。上海同步辐射光源为该研究提供了重要帮助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5989322
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